《生物化学生物氧化》PPT课件
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生物化学生物氧化ppt课件
第五章 生物氧化
一.生物氧化
第一节 生物氧化概述
(一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机
物质在活细胞内氧化分解，产生CO O并放出能量的
作用称生物氧化。
22
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。
反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α脱羧和β脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
第三节 其他生物氧化体系
非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关
一、需氧脱氢酶
氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。
图5-36 多酚氧化酶系统
图5-1几种物质脱羧反应
? 2.水的生成 ? H 脱氢酶 传递体和氧化酶
O2 生成H2O
图5-2 生物氧化体系
二.能量守恒与转化
(一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的
那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位
通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合 物对电子亲和力的大小。
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方 程为:
E′=Eo′+
RT nF
In
C氧化态 C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系 △Go'=-nF △Eo'
三. 高能磷酸化合物
一.生物氧化
第一节 生物氧化概述
(一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机
物质在活细胞内氧化分解，产生CO O并放出能量的
作用称生物氧化。
22
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。
反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α脱羧和β脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
第三节 其他生物氧化体系
非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关
一、需氧脱氢酶
氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。
图5-36 多酚氧化酶系统
图5-1几种物质脱羧反应
? 2.水的生成 ? H 脱氢酶 传递体和氧化酶
O2 生成H2O
图5-2 生物氧化体系
二.能量守恒与转化
(一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的
那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位
通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合 物对电子亲和力的大小。
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方 程为:
E′=Eo′+
RT nF
In
C氧化态 C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系 △Go'=-nF △Eo'
三. 高能磷酸化合物
生物化学生物氧化PPT课件
目录
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
NAD+/NADH+H+
FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+
Q
QH2
Q.
e
e
e
2Fe-2S
e
上 述 Q.
线粒体 基质侧
e
C1 C
线粒 体内 膜胞 液侧
Q
目录
特点
1.消耗2分子的QH2，产生1分子1分子Q， 净消耗分子的QH2 2.传递电子给C1至C的是2Fe-2S 3.b566，b562产生半醌型Q，2个半醌型Q， 结合为QH2
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
FMN FMNH2复合体Ⅰ的功能来自还原型Fe-SQ
氧化型Fe-S
QH2
2H+
H+ 2H+ 2H+
目录
复合体Ⅰ
NADH+H+
NAD+
FMN Fe-S
CoQ
目录
2. 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶
组成: 黄素蛋白(FAD) 铁硫蛋白(Fe-S) Cytb560 (铁卟啉）
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
1.反应条件：温和的环境中（体温， pH接近中性），
2.反应实质： 酶促反应 3.能量释放 ：逐步进行 4.产物生成：H2O由脱下的氢与氧
结合产生， CO2是有机酸脱羧产生。
体外氧化
高温
单纯化学反应 能量是突然释放的 CO2、H2O是由 物质中的碳和氢直接 与氧结合产生。
目录
* 生物氧化的一般过程
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
NAD+/NADH+H+
FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+
Q
QH2
Q.
e
e
e
2Fe-2S
e
上 述 Q.
线粒体 基质侧
e
C1 C
线粒 体内 膜胞 液侧
Q
目录
特点
1.消耗2分子的QH2，产生1分子1分子Q， 净消耗分子的QH2 2.传递电子给C1至C的是2Fe-2S 3.b566，b562产生半醌型Q，2个半醌型Q， 结合为QH2
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
FMN FMNH2复合体Ⅰ的功能来自还原型Fe-SQ
氧化型Fe-S
QH2
2H+
H+ 2H+ 2H+
目录
复合体Ⅰ
NADH+H+
NAD+
FMN Fe-S
CoQ
目录
2. 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶
组成: 黄素蛋白(FAD) 铁硫蛋白(Fe-S) Cytb560 (铁卟啉）
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
1.反应条件：温和的环境中（体温， pH接近中性），
2.反应实质： 酶促反应 3.能量释放 ：逐步进行 4.产物生成：H2O由脱下的氢与氧
结合产生， CO2是有机酸脱羧产生。
体外氧化
高温
单纯化学反应 能量是突然释放的 CO2、H2O是由 物质中的碳和氢直接 与氧结合产生。
目录
* 生物氧化的一般过程
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
生物化学课件24 生物氧化
在电子传递过程 中，分子中的铜 离子可以发生 Cu+ Cu2+ 的 互变，将cyt.c 所携带的电子传 递给O2。
细胞色素氧化酶
➢ 电子从细胞色素C传递给氧分子
Cy(+ tc2)Cy(+ ta3)Cy3(t+a2)C(u+2)H2O Cy(+ tc3)Cy(+ta2)Cy3(t+a3)C(u+1)O2
生物氧化的特点
➢ 相同点
体内氧化
体外氧化
（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子
（2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能 量相同。
生物氧化的特点
➢ 不同点
体内氧化
（1）反应条件： （2）反应过程：
（3）产物生成： （4）能量形式：
温和 分步反应 能量逐步释放 间接生成 热能、ATP
体外氧化
剧烈 一步反应 能量突然释放
细胞色素c
➢ 细胞色素c的结构：
细胞色素氧化酶
➢ 又称细胞色素c氧化 酶，复合物IV
➢ 简写为cyt. c 氧化酶， 它是位于线粒体呼 吸链末端的蛋白复 合物，由12个多肽 亚基组成。活性部 分主要包括cyt. a和 a3。
细胞色素氧化酶
➢ cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外， 还含有铜原子。cyt.a a3可以直接以O2为电子受 体。
QH2-细 c还 胞原 色酶 素
➢ 复合体III的结构
细胞色素c
➢ 细胞色素：（简写为cyt. ）是含铁的电子 传递体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子 处于卟啉环的中心，构成血红素。各种细 胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸 链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等，组 成它们的辅基分别为血红素A、B和C。细 胞色素a, b, c可以通过它们的紫外-可见吸 收光谱来鉴别。
细胞色素氧化酶
➢ 电子从细胞色素C传递给氧分子
Cy(+ tc2)Cy(+ ta3)Cy3(t+a2)C(u+2)H2O Cy(+ tc3)Cy(+ta2)Cy3(t+a3)C(u+1)O2
生物氧化的特点
➢ 相同点
体内氧化
体外氧化
（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子
（2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能 量相同。
生物氧化的特点
➢ 不同点
体内氧化
（1）反应条件： （2）反应过程：
（3）产物生成： （4）能量形式：
温和 分步反应 能量逐步释放 间接生成 热能、ATP
体外氧化
剧烈 一步反应 能量突然释放
细胞色素c
➢ 细胞色素c的结构：
细胞色素氧化酶
➢ 又称细胞色素c氧化 酶，复合物IV
➢ 简写为cyt. c 氧化酶， 它是位于线粒体呼 吸链末端的蛋白复 合物，由12个多肽 亚基组成。活性部 分主要包括cyt. a和 a3。
细胞色素氧化酶
➢ cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外， 还含有铜原子。cyt.a a3可以直接以O2为电子受 体。
QH2-细 c还 胞原 色酶 素
➢ 复合体III的结构
细胞色素c
➢ 细胞色素：（简写为cyt. ）是含铁的电子 传递体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子 处于卟啉环的中心，构成血红素。各种细 胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸 链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等，组 成它们的辅基分别为血红素A、B和C。细 胞色素a, b, c可以通过它们的紫外-可见吸 收光谱来鉴别。
生物化学 第十章 生物氧化PPT课件
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物体内能量产生的三 个阶段
大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
30
（四）电子传递链的组成成分 3、琥珀酸—Q还原酶（复合体Ⅱ）
嵌在线粒体内膜（包括琥珀酸脱氢酶） 电子传递：FADH2 Fe-S CoQ
31
Ubiquinone (Q) accepts electrons from both NADH and FADH2 in the respiratory chain
一、氧化—还原电势
e
提供电子 （还原剂）
负极
锌片溶解 Zn2+进入溶液
铜沉积 Cu2+得电子
得到电子 （氧化剂）
正极
9
ε0 =E0正极 — E0负极 电动势=正负极电极势之差
10
标准氢电极的电极势
为0，25℃、1大气压 氢压力、 H+活度为1M、pH=0
11
• 标准电动势ε0：反应中各种物质的活
ΔG°′=－nFΔE°′ ΔE°′= E0正极 — E0负极
16
NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.3
生物化学课件-生物氧化
26
1、不需传递体体系∶ 是最简单的生物氧化体系。从底物脱下来的氢不需传递， 直接在酶作用下与分子氧结合。这种酶可分为∶
2021/4/8
27
(1) 氧化酶类催化的反应模式∶
(见P310)
氧化酶类∶ 它是含Cu++或Fe++的金属蛋白，不能从底物上脱氢，只
能夺取底物上的电子对(2e)，用于激活分子氧(O2)，从而促 进氧与底物的化合。氰化物、硫化氢对氧化酶有抑制作用。
三羧酸 循环
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大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
5
二、中间代谢
1、酶抑制剂的应用 2、利用遗传缺陷症研究代谢途径 3、气体测量法 4、同位素示踪法
R为气体常数，其值为8.314J·K-1 ·mol-1，F为法拉第常数， 其值为96.485kJ /(V. mol )， T为热力学温度，当T = 298K时
Eφ’ =EφΘ0’ +
2.03.0033RTlg ca[(电氧 子化 受体型 ] )
nF
cg([还 电子原 供体型 ] )
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16
ADP + Pi
生物氧化过程中 释放出的自由能
ATP + H2O
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49
一、ATP 的生成
类别：底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化
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50
二、电子传递过程中自由能的变化
呼吸链中电子传递时自由能的下降
生物化学：生物氧化 ppt课件
➢ 复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合氧化型 Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。 CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
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过程： • 铜中心传递4个Cyt C的4e给4个Cyt a • 4个Cyt a再传此4e到Cyt a3-CuB2+中心，使1个O2还原为2个
O2- ，结合4H+生成 2H2O，同时把基质中4H+泵入膜间隙。 • 1QH2只能传2e，故上述过程只生成1H2O，泵出2个H+
质子泵（proton pump）
实质：氧化呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能的偶联
➢ 底物水平磷酸化 代谢物脱氢或脱水引起分子内部 能量聚集，高能键直接转移给ADP(GDP)磷酸化生 成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
（一）氧化磷酸化偶联部位
线 粒 体 离 体 实 验 测 得 的 一 些 底 物 的P/O比 值
底物
呼 吸链 组成
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的两个 电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH
疏水F0： 跨越内膜，
• 12-15个亚基（ab2C9-12）； • C9-12排成对称C环；
基质侧连接ε,外侧连接a; • b2连接a与δ;
F1的功能是催化ATP生成
F0的作用是构成质子的通道
基质 内膜 膜间隙
ATP合酶结构模式
ATP合酶a、c亚基结构
（2）化学渗透学说（chemiosmotic hypothesis） 跨内膜质子梯度使膜间隙成正电回流到基质时 释出能量，驱动ATP合成。
A
B
H+ H+
pH7
H+
H+ H+
H+
H+
H+ H+
H+ H+
H+ H+
H+
＋＋＋＋＋ ＋＋
H+浓度梯度
电位梯度
－－－－－ －－
H+
H+
H+
H+
H+
H+
pH8
ADP+Pi ATP
（3）结合变构机制： ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP
第6章
生物氧化
Biological Oxidation
生物氧化的概念
营养物质在活细胞内彻底氧化分解生成水和二氧化 碳，并释放能量的过程，称生物氧化(biological oxidati on) ，又称 细胞呼吸(cellular respiration)。
生
营养物质 糖原
脂肪 蛋白质
物 阶段Ⅰ
FADH2
（四）加氧酶
乳酸
丙酮酸 呼吸链
NAD+ NADH+H+
加单氧酶 RH+NADPH+H++O2 加双氧酶 （五）过氧化物酶系
ROH+NADP++H2O
第二节
生成ATP的生物氧化体系
(The Oxidation System of ATP Producing)
一、线粒体内膜的转运作用
（一）线粒体的结构（structure of mitochondria)
◆能量：逐步释放，利用率高，合成ATP及维持体温； ◆氧化速率：受生理功能需要和内外环境变化调控
二、生物氧化中CO2的生成
（一）α-脱羧
1. α-单纯脱羧
R
氨基酸脱羧酶
H2N－ C－COOH
H
CO2
氨基酸
R H2N－C－H
H
胺
2.α-氧化脱羧
CH3 C=O COOH
丙酮酸 酰辅酶A
丙酮酸脱氢酶系
+ HSCoA+NAD+
P/O比 值 生 成 ATP 数
β-羟丁酸
琥珀酸
抗坏血酸 细胞色素
NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ
→Cytc→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
→Cytc→复合体Ⅳ→O2 Cytc→复合体Ⅳ→O2
复合体Ⅳ→O2
2.4～2.8
1.7
0.88 0.61-0.68
2.5
1.5
1 1
磷氧比值（P/O）
苹果酸-天冬酸穿梭
Ⅰ：酸性氨基酸载体；Ⅱ：α-酮戊二酸载体； ①：天冬氨酸转氨酶；②：苹果酸脱氢酶
α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中
NADH+H+
磷酸二 羟丙酮
-磷酸甘 油脱氢酶
NAD+
-磷酸 甘油
磷酸二 羟丙酮
-磷酸甘 油脱氢酶
-磷酸 甘油
琥珀酸 氧化 呼吸链
FADH2
FAD
外膜
膜间隙
内膜
2。
3、复合体Ⅲ功能（泛醌-细胞色素C还原酶） ----将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c
➢ 复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1 复合体，含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素c1和 一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。
➢ 泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递 到复合体Ⅲ。
•H+由膜间隙向基质 回流推动C环逆时针 转动，带动γ在头部 中央孔隙转动；
ATP合酶的C环逆时针方向转动
•β未接触γ时为L型， 可结合ADP和Pi；β接 触γ后变构为T 型，催 化ADP和Pi合成ATP； γ离开β变构为O型， 释出ATP后，恢复为L 型。
四、氧化磷酸化的调节及影响因素
（一）调节：
基质
e- e-
e-
e
-
内膜
H+
H+ H+
H+
膜间隙
外膜
胞浆
（二） 线粒体外NADH+H+转运进入线粒体
1. 苹果酸-天冬酸穿梭作用（malate-aspartate shuttle） •可生成2.5分子ATP •主要存在于肝和心肌
2. α-磷酸甘油穿梭 (α-glycerophosphate shuttle） •可生成1.5分子ATP •主要存在于脑和骨骼肌
↑ 解偶联蛋白合成 ↓ ATP合成
氧化磷酸化增快
（二）线粒体DNA突变的影响：
点突变
Leber遗传性视神经病
1000
亚基
>40
辅酶/辅基
FMN、Fe-S
主要功能
传递NADH+H+中2个e到Q，并由 基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子
140
4
到Q
血红素bH、bL、 通过Q循环传递QH2中2个e到细胞
250
11
c1 Fe-S
色素C，并把4H+ 由基质泵出 到膜间隙
血红素C
传递复合体Ⅲ中2个电子到复合体
氧
基本单位 葡萄糖 脂肪酸 氨基酸
化
的
阶段Ⅱ
三
乙酰CoA
个
阶段Ⅲ
阶
线粒体
ADP+Pi ATP
段
TAC
CO2
2H
呼吸链
H2O
第一节 生物氧化的特点及其酶类
一、生物氧化的方式和特点
◆酶促反应：体内、近中性、 37℃、有水环境；
◆ CO2：脱羧产生； 水：底物脱氢经呼吸链传递电子、泵出 质子，与氧结合生成。
铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫 原子，其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电 子。属于单电子传递体。
Ⓢ 表示无机硫
铁硫簇主要以(Fe-S)、(2Fe-2S)或(4Fe-4S) 形式存在，铁硫簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白.
Fe
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长 的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半 醌型泛醌。内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭 传递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核 心作用。
➢ 电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S →Cytc1→Cytc
细胞色素(cytochrome, Cyt)
细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶 类，根据它们吸收光谱不同而分类。
功能：通过Q循环传递电子、泵出质子
Q循环：复合体III把2分子QH2的2个e传给CytC ，另2个e 传给Q生成1分子Q和1分子QH2，并偶联泵出 4个H+到膜间 隙的过程。
13
1
Ⅳ
血红素a、a3 把4个Cyt c传来的4个e转交给O2，
200
13
CuA2+、CuB2+
在摄取基质中4H+与O2生成 2H2O的同时，把基质中另外
4H+ 泵出到膜间隙
（二）呼吸链的种类
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
E0‘(V)
NAD+ /NADN+H+ －0.32
FMN /FMNH2 FAD /FADH2 Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+
基质
二、氧化呼吸链(oxidative respiratory chain)
线粒体内膜中由一系列电子传递复合体按一定顺序排 列成的链锁性氧化还原体系称为氧化呼吸链,又称电子传 递链(electrotranfer chain).
（一）、呼吸链的组成及作用
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。
O2- ，结合4H+生成 2H2O，同时把基质中4H+泵入膜间隙。 • 1QH2只能传2e，故上述过程只生成1H2O，泵出2个H+
质子泵（proton pump）
实质：氧化呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能的偶联
➢ 底物水平磷酸化 代谢物脱氢或脱水引起分子内部 能量聚集，高能键直接转移给ADP(GDP)磷酸化生 成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
（一）氧化磷酸化偶联部位
线 粒 体 离 体 实 验 测 得 的 一 些 底 物 的P/O比 值
底物
呼 吸链 组成
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的两个 电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH
疏水F0： 跨越内膜，
• 12-15个亚基（ab2C9-12）； • C9-12排成对称C环；
基质侧连接ε,外侧连接a; • b2连接a与δ;
F1的功能是催化ATP生成
F0的作用是构成质子的通道
基质 内膜 膜间隙
ATP合酶结构模式
ATP合酶a、c亚基结构
（2）化学渗透学说（chemiosmotic hypothesis） 跨内膜质子梯度使膜间隙成正电回流到基质时 释出能量，驱动ATP合成。
A
B
H+ H+
pH7
H+
H+ H+
H+
H+
H+ H+
H+ H+
H+ H+
H+
＋＋＋＋＋ ＋＋
H+浓度梯度
电位梯度
－－－－－ －－
H+
H+
H+
H+
H+
H+
pH8
ADP+Pi ATP
（3）结合变构机制： ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP
第6章
生物氧化
Biological Oxidation
生物氧化的概念
营养物质在活细胞内彻底氧化分解生成水和二氧化 碳，并释放能量的过程，称生物氧化(biological oxidati on) ，又称 细胞呼吸(cellular respiration)。
生
营养物质 糖原
脂肪 蛋白质
物 阶段Ⅰ
FADH2
（四）加氧酶
乳酸
丙酮酸 呼吸链
NAD+ NADH+H+
加单氧酶 RH+NADPH+H++O2 加双氧酶 （五）过氧化物酶系
ROH+NADP++H2O
第二节
生成ATP的生物氧化体系
(The Oxidation System of ATP Producing)
一、线粒体内膜的转运作用
（一）线粒体的结构（structure of mitochondria)
◆能量：逐步释放，利用率高，合成ATP及维持体温； ◆氧化速率：受生理功能需要和内外环境变化调控
二、生物氧化中CO2的生成
（一）α-脱羧
1. α-单纯脱羧
R
氨基酸脱羧酶
H2N－ C－COOH
H
CO2
氨基酸
R H2N－C－H
H
胺
2.α-氧化脱羧
CH3 C=O COOH
丙酮酸 酰辅酶A
丙酮酸脱氢酶系
+ HSCoA+NAD+
P/O比 值 生 成 ATP 数
β-羟丁酸
琥珀酸
抗坏血酸 细胞色素
NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ
→Cytc→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
→Cytc→复合体Ⅳ→O2 Cytc→复合体Ⅳ→O2
复合体Ⅳ→O2
2.4～2.8
1.7
0.88 0.61-0.68
2.5
1.5
1 1
磷氧比值（P/O）
苹果酸-天冬酸穿梭
Ⅰ：酸性氨基酸载体；Ⅱ：α-酮戊二酸载体； ①：天冬氨酸转氨酶；②：苹果酸脱氢酶
α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中
NADH+H+
磷酸二 羟丙酮
-磷酸甘 油脱氢酶
NAD+
-磷酸 甘油
磷酸二 羟丙酮
-磷酸甘 油脱氢酶
-磷酸 甘油
琥珀酸 氧化 呼吸链
FADH2
FAD
外膜
膜间隙
内膜
2。
3、复合体Ⅲ功能（泛醌-细胞色素C还原酶） ----将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c
➢ 复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1 复合体，含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素c1和 一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。
➢ 泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递 到复合体Ⅲ。
•H+由膜间隙向基质 回流推动C环逆时针 转动，带动γ在头部 中央孔隙转动；
ATP合酶的C环逆时针方向转动
•β未接触γ时为L型， 可结合ADP和Pi；β接 触γ后变构为T 型，催 化ADP和Pi合成ATP； γ离开β变构为O型， 释出ATP后，恢复为L 型。
四、氧化磷酸化的调节及影响因素
（一）调节：
基质
e- e-
e-
e
-
内膜
H+
H+ H+
H+
膜间隙
外膜
胞浆
（二） 线粒体外NADH+H+转运进入线粒体
1. 苹果酸-天冬酸穿梭作用（malate-aspartate shuttle） •可生成2.5分子ATP •主要存在于肝和心肌
2. α-磷酸甘油穿梭 (α-glycerophosphate shuttle） •可生成1.5分子ATP •主要存在于脑和骨骼肌
↑ 解偶联蛋白合成 ↓ ATP合成
氧化磷酸化增快
（二）线粒体DNA突变的影响：
点突变
Leber遗传性视神经病
1000
亚基
>40
辅酶/辅基
FMN、Fe-S
主要功能
传递NADH+H+中2个e到Q，并由 基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子
140
4
到Q
血红素bH、bL、 通过Q循环传递QH2中2个e到细胞
250
11
c1 Fe-S
色素C，并把4H+ 由基质泵出 到膜间隙
血红素C
传递复合体Ⅲ中2个电子到复合体
氧
基本单位 葡萄糖 脂肪酸 氨基酸
化
的
阶段Ⅱ
三
乙酰CoA
个
阶段Ⅲ
阶
线粒体
ADP+Pi ATP
段
TAC
CO2
2H
呼吸链
H2O
第一节 生物氧化的特点及其酶类
一、生物氧化的方式和特点
◆酶促反应：体内、近中性、 37℃、有水环境；
◆ CO2：脱羧产生； 水：底物脱氢经呼吸链传递电子、泵出 质子，与氧结合生成。
铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫 原子，其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电 子。属于单电子传递体。
Ⓢ 表示无机硫
铁硫簇主要以(Fe-S)、(2Fe-2S)或(4Fe-4S) 形式存在，铁硫簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白.
Fe
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长 的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半 醌型泛醌。内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭 传递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核 心作用。
➢ 电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S →Cytc1→Cytc
细胞色素(cytochrome, Cyt)
细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶 类，根据它们吸收光谱不同而分类。
功能：通过Q循环传递电子、泵出质子
Q循环：复合体III把2分子QH2的2个e传给CytC ，另2个e 传给Q生成1分子Q和1分子QH2，并偶联泵出 4个H+到膜间 隙的过程。
13
1
Ⅳ
血红素a、a3 把4个Cyt c传来的4个e转交给O2，
200
13
CuA2+、CuB2+
在摄取基质中4H+与O2生成 2H2O的同时，把基质中另外
4H+ 泵出到膜间隙
（二）呼吸链的种类
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
E0‘(V)
NAD+ /NADN+H+ －0.32
FMN /FMNH2 FAD /FADH2 Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+
基质
二、氧化呼吸链(oxidative respiratory chain)
线粒体内膜中由一系列电子传递复合体按一定顺序排 列成的链锁性氧化还原体系称为氧化呼吸链,又称电子传 递链(electrotranfer chain).
（一）、呼吸链的组成及作用
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。